Java的Atomic原子类详解

更新时间：2023年09月25日 12:25:54 作者：2201_75761617

这篇文章主要介绍了Java的Atomic原子类详解,本文通过示例代码给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下

基本数据类型

AtomicBoolean、AtomicLong、AtomicInteger 这三个类提供了一些对基本数据类型的变量值进行原子更新的方法。

这些类提供的方法是相似的，主要有（以 AtomicLong 为例）：

// 原子化的 i++
long getAndIncrement()
// 原子化的 i--
long getAndDecrement()
// 原子化的 ++i
long incrementAndGet()
// 原子化的 --i
long decrementAndGet()
// 原子化的 i+=delta，返回值为+=前的i值
long getAndAdd(long delta)
// 原子化的 i+=delta，返回值为+=后的i值
long addAndGet(delta)
// CAS操作。如果写回成功返回true，否则返回false
boolean compareAndSet(long expect, long update)
// 以下四个方法新值可以通过传入函数式接口(func函数)来计算
long getAndUpdate(LongUnaryOperator updateFunction)
long updateAndGet(LongUnaryOperator updateFunction)
long getAndAccumulate(long x, LongBinaryOperator accumulatorFunction)
long accumulateAndGet(long x, LongBinaryOperator accumulatorFunction)

// 演示 getAndUpdate() 方法的使用
public static void main(String[] args) {
    AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);
    long result = atomicLong.getAndUpdate(new LongUnaryOperator() {
        @Override
        public long applyAsLong(long operand) {
            return operand + 1;
        }
    });
}

对象引用类型

AtomicReference、AtomicStampedReference、AtomicMarkableReference 这三个类提供了一些对对象变量的指向进行原子更新的方法。如果需要对对象的属性进行原子更像，那么可以使用原子化的对象属性更新器。

public class ClassName {
    AtomicReference<Employee> employeeAR = new AtomicReference<>(new Employee("小明"));
    public void methodName() {
        Employee oldVal = employeeAR.get();
        Employee newVal = new Employee(oldVal.getName());
        employeeAR.compareAndSet(oldVal, newVal);
    }
}

对象引用的原子化更新需要重点关注 ABA 问题。当一个线程在进行 CAS 操作时，另一个线程可能会在此期间修改了同一个共享变量的值，然后又将其改回原来的值。这种情况下，CAS 操作就无法检测到共享变量值的变化，从而导致 ABA 问题。如果我们仅仅在写回数据前判断数值是 A，可能导致不合理的写回操作。AtomicStampedReference 和 AtomicMarkableReference 这两个原子类可以解决 ABA 问题。

AtomicStampedReference 通过为对象引用建立类似版本号（stamp）的方式，来解决 ABA 问题。
AtomicStampedReference 实现的 CAS 方法增加了版本号参数AtomicMarkableReference 的实现机制则更简单，将版本号简化成了一个 Boolean 值

boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, 
                          int expectedStamp, int newStamp)
boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference,
                          boolean expectedMark, boolean newMark)

数组

AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray 这三个类提供了一些对数组里面的的元素进行原子更新的方法。

public class ClassName {
    AtomicLongArray atomicLongArray = new AtomicLongArray(new long[]{0, 1});
    public void methodName() {
        int index = 0;
        long oldVal = atomicLongArray.get(index);
        long newVal = oldVal + 1;
        atomicLongArray.compareAndSet(index, oldVal, newVal);
    }
}

原子化的对象属性更新器

原子化的对象属性更新器有：AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater、AtomicReferenceFieldUpdater。

这三个类提供了一些对对象的属性进行原子更新的方法。这些方法是利用反射机制实现的。

public class ClassName {
    AtomicIntegerFieldUpdater<Employee> fieldUpdater =
            AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(Employee.class, "salary");
    Employee employee = new Employee("小明", 1000);
    public void methodName() {
        int oldVal = employee.getSalary();
        int newVal = oldVal + 1000;
        fieldUpdater.compareAndSet(employee, oldVal, newVal);
    }
}

需要注意的是：

对象属性的类型必须是基本数据类型，不能是基本数据类型对应的包装类。如果对象属性的类型不是基本数据类型，newUpdater() 方法会抛出 IllegalArgumentException 运行时异常。
对象的属性必须是 volatile 类型的，只有这样才能保证可见性。如果对象的属性不是 volatile 类型的，newUpdater() 方法会抛出 IllegalArgumentException 运行时异常。

// AtomicIntegerFieldUpdater 类中的代码
if (field.getType() != int.class) {
    throw new IllegalArgumentException("Must be integer type");
}
if (!Modifier.isVolatile(modifiers)) {
    throw new IllegalArgumentException("Must be volatile type");
}

原子化的累加器

原子化的累加器有：LongAdder、DoubleAdder、LongAccumulator、DoubleAccumulator。这四个类仅仅用来在多线程环境下，执行累加操作。

相比原子化的基本数据类型，原子化的累加器的速度更快，但是它（原子化的累加器）不支持 compareAndSet() 方法。如果仅仅需要累加操作，使用原子化的累加器性能会更好。

原子化的累加器的本质是空间换时间。

LongAdder 的使用示例如下所示：

public static void main(String[] args) {
    LongAdder adder = new LongAdder();
    // 初始化
    adder.add(1);
    // 累加
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        adder.increment();
    }
    long sum = adder.sum();
}

LongAccumulator 与 LongAdder 类似，但 LongAccumulator 提供了更加灵活的累加操作，可以自定义累加函数。

使用示例如下所示。在使用示例中，我们创建了一个 LongAccumulator 对象，初始值为1，累加函数为 (x, y) -> x * y，即每次累加都将之前的结果与新的值相乘。然后，我们累加了三个数值，最后输出累加结果。由于累加函数是(x, y) -> x * y，所以最终的累加结果为1 * 5 * 10 * 20 = 1000。

public static void main(String[] args) {
    LongAccumulator accumulator = new LongAccumulator(new LongBinaryOperator() {
        @Override
        public long applyAsLong(long left, long right) {
            return left * right;
        }
    }, 1);
    // 初始值为1，累加函数为(x, y) -> x * y
    accumulator.accumulate(5);
    accumulator.accumulate(10);
    accumulator.accumulate(20);
    // 累加结果为 1 * 5 * 10 * 20 = 1000
    long result = accumulator.get();
}

到此这篇关于Java的Atomic原子类的文章就介绍到这了,更多相关Java Atomic原子类内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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